Дуговая сварка по методу славянова
Для поддержания дуги между изделием и металлическим электродом Николай Гаврилович сконструировал и построил специальный электрический регулятор-полуавтомат, который он назвал «плавильником». Полуавтомат подвешивался над местом сварки, постоянная длина дуги поддерживалась одним или двумя дифференциальными соленоидами, втягивающими железный сердечник и тем самым изменяющими длину дуги. При значительном сгорании электрода его подача производилась вручную посредством маховичка, воздействующего на ведущие ролики. Имея электроплавильник, Н.Г.Славянов отказался от применения батареи аккумуляторов для питания дуги и использовал для этой цели питание непосредственно от динамо-машины. Все оборудование было изготовлено на Пермских пушечных заводах под руководством и при непосредственном участии Н.Г.Славянова.
В 1890-1891 гг. надворный советник горный инженер Н.Г.Славянов получил на изобретение патенты за рубежом, а 13 августа 1891 года ему была выдана российская привилегия за №8748 на «Способ и аппараты для электрической отливки металлов». Для пропаганды своего изобретения Славянов участвует в различных отечественных и зарубежных выставках и издает свой основной печатный труд «Электрическая отливка металлов. Руководство к установке и практическому применению её». Он создаёт коллекцию из 36 образцов, демонстрирующих возможности своего способа на примере соединения двух металлов. Коллекция была изготовлена по просьбе профессора Санкт–Петербургского политехнического института, ведущего электротехника нашей страны М.А.Шателена для её демонстрации студентам.
В 1893 году Николай Гаврилович Славянов принимает участие в крупнейшей в XIX веке Всемирной электротехнической выставке в Чикаго, где в качестве экспоната выставляет знаменитый «славяновский стакан», в котором на сталь были наварены слои из бронзы, никеля, стали, чугуна, меди, особой колокольной бронзы, томпака, нейзильбера. Таким образом, экспонат продемонстрировал возможность соединения всей гаммы технических металлов того времени. «Славяновский стакан» вызвал восхищение современников и до сих пор является одним из самых убедительных свидетельств высочайшей квалификации Славянова и как ученого, и как металлурга-практика.
Изобретатель получил Почетный диплом и медаль Всемирной выставки, которые стали достойной оценкой изобретению «Способ и аппараты для электрической отливки металлов».
Сохранившийся до настоящего времени уникальный «славяновский стакан», на дне которого выгравировано: «Экспонат на Всемирную электротехническую выставку в г. Чикаго (Америка). Изготовлен Н.Г.Славяновым. Завод Мотовилиха. 1893 г.», находится в мемориальном Доме-музее Н.Г.Славянова в Перми. Аналогичный стакан, изготовленный для демонстрации на IV Электрической выставке в Петербурге (1892 г.), хранится в Электрическом музее Санкт-Петербургского политехнического института.
Текст: Л.А.Новичкова Источник
Фотографии из фондов музея Н.Г.Славянова
Посмотреть стакан Н.Г.Славянова можно в Перми в Мемориальном музее Н.Г.Славянова.
Группа ВКонтакте.
UPD: О том как в 2017 году в Перми сделаи копию стакан Славянова можно узнать здесь.
Сварка по Н.Н. Бенардосу и Н. С. Славянову.
Такая сварка металлов является изобретением русского ученого, академика В. В. Петрова, открывшего в 1802 г. явления дугового разряда и возможность использования выделяемой теплоты (около 6000°) дуги для расплавления металлов. Используя электрическую дугу, талантливые русские инженеры-изобретатели Н. Н. Бенардос (1842-1905), а несколько позднее - горный инженер Н. Г. Славянов (1854 - 1897) разработали новые способы сварки.
Н. Н. Бенардос в 1882 г. запатентовал способ дуговой сварки угольным электродом, а в 1888 г. Н. Г. Славянов предложил способ дуговой сварки, отличающейся от способа Бенардоса тем, что вместо угольного электрода он применил металлический электрод того же металла, что и металл свариваемой детали. Этот способ получил наиболее широкое применение.
При сварке по способу Бенардоса (рис. 25, а) свариваемая деталь помещается на плиту. Электрический ток подводится к свариваемому металлу 1 и электрододержателю 2, в котором зажат графитовый электрод 3, соединенный с сварочным генератором при помощи шинного шланга. Электрическая дуга 4, возникающая между электродом и металлом, имеющая температуру около 6000°, расплавляет основной металл и вводимую присадочную проволоку 5. При передвижении дуги расплавленный металл застывает и, затвердевая, образует прочный шов.
Рис. 25. Виды сварки:
а - по способу Бенардоса: 1 - свариваемый металл, 2- электрододержатель, 3 - графитовый электрод, 4 - электрическая дуга, 5 - присадочная проволока; б - по способу Славянова: 1 - свариваемый металл, 2 - электрододержатель, 3 - металлический электрод, 4 - сварочная дуга;
По способу Славянова (рис. 25, б) металлический электрод 3 плавится в сварочной дуге 4 и вместе с расплавленным основным металлом 1 образует жидкую ванну, заполняющую кромки свариваемых деталей. При этом способе сварки обычно применяется постоянный ток прямой полярности (минус на электроде и плюс на изделии), что обеспечивает устойчивость дуги, меньший расход электрода и лучший подогрев металла.
Дуга зажигается кратковременным соприкосновением электрода со свариваемым изделием. Электрическая дуга поддерживается на неизменном расстоянии между основным металлом и электродом. Это расстояние приблизительно равно диаметру электрода.
Сварка по способу Бенардоса в настоящее время в промышленности не имеет широкого распространения и применяется главным образом для сварки тонкостенных стальных деталей, а также для сварки цветных металлов и чугуна.
Сварка по способу Славянова получила наиболее широкое применение и осуществляется главным образом на постоянном токе.
Виды сварочных соединений. Виды сварочных швов.
Для того чтобы научиться качественно варить, недостаточно освоить только удержание электрической дуги. Помимо этого, нужно разбираться в том, какие бывают виды сварных соединений и швов. Начинающие сварщики нередко допускают грубейшие ошибки, например, не проваривают металл. А бывает, что готовые детали имеют слабое сопротивление на излом. В чем причина? В первую очередь в неверном выборе вида соединения, ошибках в технике. Сегодня предлагаем поговорить о различных видах сварки, видах сварных соединений, а также о дефектах! Сварной шов: определение Для начала определимся с определением сварного (сварочного) шва. Так принято называть закристаллизовавшийся металл, который в момент сварки находился в расплавленном состоянии. В структуру сварочного шва входят: зона наплавленного металла; зона механического сплавления; зона термического влияния; переходная зона к основному металлу. Сварное соединение: что это? Сварным соединением обычно называют ограниченный участок конструкции, который содержит один или более сварных швов. Именно по внешнему виду соединения специалист может определить квалификацию сварщика, понять, какой способ сварки применялся. Сварное соединение рассказывает и о технологическом предназначении конструкции. Сварные швы: классификация Опытные сварщики говорят: в основу классификации типов швов могут быть приняты самые разные факторы, например конструктивные и прочностные, геометрические и технологические. Если рассматривать швы с точки зрения месторасположения, их можно разделить на нижние, наклонные, горизонтальные и вертикальные. Нижний шов можно назвать не только самым простым, но и самым прочным. Дело в том, что сила тяжести металла позволяет лучше заполнить зазоры между соединяемыми поверхностями. К тому же этот тип является самым экономичным. Существуют определенные условия, так, к примеру, горелка или электрод обязательно должны быть направлены сверху вниз. Горизонтальный шов обычно формируется тогда, когда поверхности расположены перпендикулярно плоскости электрода. Расход флюсов и электродов при этом типе существенно увеличивается. При медленном ведении шва возможны потеки, а при быстром - непроваренные места. Качественные рольставни для красивой жизни! Более 20 цветов 6 типов ручных механизмов и электроприводы Защита от взлома! Узнать больше. SlickJump® Продукция соответствует требованиям ISO 9001 TUV CERT Значительно сложнее сделать качественный вертикальный шов. Здесь возрастают потери металла, увеличивается неравномерность (на финальном этапе сварки шов получается более толстым). Этот способ требует определенной классификации сварщика. Применяется он обычно для сварки труб или при скреплении больших конструкций. Самой сложной сварщики считают потолочную сварку. Как ее производят? Наносят шов прерывистой дугой. Сила тока при этом небольшая. Такой тип обычно используется при сварке труб, которые нельзя провернуть. Сварные соединения: типы и виды Предлагаем поговорить о том, какие виды сварных соединений по видам примыкания поверхностей бывают. В зависимости от таких факторов, как толщина металла, геометрическая форма деталей, требуемой герметичности соединения можно разделить сварные соединения на: тавровые; внахлест; стыковые; угловые. Все виды сварных соединений имеют свое предназначение, которое подходит под определенные потребности готовых элементов. Предлагаем рассмотреть эти виды подробнее! –
Стык Самый распространенный вид сварного соединения – стык. Его применяют, когда сваривают торцы труб, листы стали или какие-либо геометрические фигуры. Детали, которые присоединяют встык, отличаются по толщине изделия, по стороне накладывания шва. Можно выделить несколько подвидов соединений: одностороннее обычное; одностороннее, при котором края обрабатываются под углом в 45 градусов; одностороннее, при котором обрабатывается одна кромка под углом в 45 градусов; одностороннее, при котором фрезой снимается кромка на обеих деталях; двухстороннее, которое подразумевает обрез кромок под углом в 45 градусов с каждой стороны. Важно отметить, что при этом виде сварного соединения большую роль играет толщина свариваемых поверхностей. Если она не более 4 миллиметров, то применяется односторонний шов, а вот если толщина превышает 8 миллиметров, шов необходимо накладывать с двух сторон. Если же толщина изделия превышает 5 мм, однако шов нужно накладывать только с одной стороны, получив при этом высокую прочность, следует разделить кромки. Осуществлять его нужно с помощью напильника или болгарки, хватит и 45-градусного скоса. Угловое соединение Существует несколько вариантов углового соединения: односторонний – как с предварительной разделкой, так и без нее; двухсторонний – обычный и с разделкой. С помощью такого соединения можно скрепить между собой два элемента под любым углом. При этом первый шов будет внутренним, а второй – наружным. Этот тип идеально подходит для сваривания различных навесов и козырьков, кузовов грузовых автомобилей и каркасов беседок. Если нужно соединить две пластины с разной толщиной, этот вид сварного соединения по ГОСТу необходимо выполнять следующим образом: более толстую пластину следует расположить внизу, а тонкую – поставить на нее ребром. Электрод или горелка при этом должны быть направлены на толстую часть – так на детали не будет прожогов или подрезов. Соединение внахлест Две пластины можно сваривать не только встык, но и внахлест – слегка натянув одну на поверхность второй. Такой вид сварного соединения специалисты рекомендуют применять там, где требуется большая сопротивляемость на разрыв. Шов необходимо класть с каждой стороны – это позволит не только увеличить прочность, но и предотвратит накопление влаги внутри готового изделия. Тавровое соединение Этот тип аналогичен угловому соединению, однако есть и отличия – пластина, приставляемая ребром, должна выставляться не с краю нижнего основания, а на небольшом расстоянии. Классификация по технологии и форме шва Сварщики различают виды сварных соединений по типу сварных швов. Шов может быть: Ровный. Он достигается при оптимальных настройках сварочного аппарата и при его удобном положении. Выпуклый. Такой шов возможно получить при малой силе тока и прохождению в несколько слоев. Выпуклый шов требует механической обработки. Вогнутый. Получить такой шов можно только при повышенной силе тока. Для такого шва характерна отличная проплавка, к тому же он не требует шлифовки. Сплошной. Чтобы выполнить качественный сплошной шов, необходимо делать его непрерывно. Это предотвратит появление свищей. Прерывистый. Такой шов следует применять для изделий из тонких листов. Сварщик, знакомый с основными видами соединений и их принципиальными отличиями, может грамотно подобрать вид шва, способный удовлетворить основные требования по прочности и герметичности.
Сварочная электрическая дуга
Явление электрического дугового разряда и возможность использования тепла дуги для расплавления металлов были открыты и исследованы в 1802 г. академиком Василием Владимировичем Петровым.
В 1882 г. русский инженер Николай Николаевич Бенардос предложил использовать электрическую дугу для сварки металлов . Сущность этого метода ( рис. 188, а ) заключается в следующем: электрическая дуга 7 возбуждается и горит между угольным электродом 3 и изделием 1. Угольный электрод укрепляется в держателе 4, а дуга питается током от генератора 5. Под действием тепла дуги металл плавится; угольный электрод при этом почти не расходуется. При остывании и кристаллизации сварочной ванны образуется сварной шов, соединяющий обе детали 1. Иногда, особенно при сварке толстого металла, в ванну добавляют так называемый присадочный металл, для чего в дугу непрерывно подается металлический пруток или проволока 2.
Рис. 188. Схемы сварки: а — по способу Бенардоса; б - по способу Славянова
В 1886 г. русский инженер Николай Гаврилович Славянов разработал новый способ — сварку металлическим электродом ( рис. 188, б ). Сущность этого способа состоит в том, что дуга горит между металлическим электродом 2 и изделием 1. В этом случае плавящийся металлический электрод является одновременно и присадочным металлом.
Электрическая сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд в сильно ионизированной среде, состоящей из положительных и отрицательных ионов и свободных электронов . Дуговой разряд характеризуется выделением большого количества теплоты и света. Температура сварочной дуги достигает 6000°С. Дуга состоит из трех областей — катодной, анодной и столбадуги.
Для упорядочения движения свободных электронов в металле и электронов, которые освобождаются на нагретой поверхности катода, создается электрическое поле путем подведения к дуговому промежутку соответствующей разности потенциалов.
Движущиеся в дуговом промежутке электроны взаимодействуют с нейтральными молекулами паров и газов и разделяют их на ионы и электроны. Схема движения электронов представлена на рис. 189. Сорвавшийся с конца нагретого катода 1 (электрода — металлического или угольного) электрон 2 проходит через катодное пространство с высокой напряженностью поля по направлению к аноду 3. На пути следования электрона может встретиться атом (молекула) газа или атом какого-либо другого вещества (например, паров металла) и вступить с ним во взаимодействие. В результате нейтральная частица ионизируется.
Рис.189 . Схема процесса ионизаци дугового промежутка.
Тепловая мощность дуги может быть рассчитана по формуле:
q = 0,24 U д ּ I д кал/сек,
где U д — падение напряжения на дуге, в вольтах; I д — ток, в амперах; 0,24 — тепловой эквивалент электрической мощности.
На нагрев изделия расходуется около 50% тепловой мощно дуги, на нагрев электрода около 30% и в окружающую теряется примерно 20%. Таким образом, 75—85% всей мощности дуги расходуются на полезный нагрев и расплавление металл. При этом на катоде выделяется 30 ÷ 38%, на аноде — 42 — 43% от общего количества теплоты. Выделение тепловой энергии на электродах неодинаково, в связи с этим температура анода выше температуры катода.
Высокая температура электрической дуги и большая концентрация теплоты, выделяемой ею, позволяют почти мгновенно расплавлять небольшие объемы металлов изделия и электрода.В настоящее время в промышленности распространены следующие способы электродуговой сварки: ручная металлическими электродами со специальными покрытиями, автоматическая под плавленными и керамическими флюсами и сварка в среде защитных газов. Нанесенные покрытия на электроды, а также использование флюсов и защитных газов предотвращает контакт и взаимодействие расплавленного металла с окружающей атмосферой.
Дуговая сварка
При ручной сварке используются электроды с тонким или ионизирующим покрытием и с качественным покрытием. Покрытие первого типа повышает устойчивость горения дуги за счет улучшения ионизации дугового промежутка.
При сварке электродами с качественным покрытием создается газовая защита дугового промежутка, а образующийся жидкий шлак защищает сварочную ванну и переходящие в нее капли электродного металла. Дуговой промежуток насыщен парами и газами компонентов качественного покрытия ( рис. 190, а ).
При автоматической сварке под флюсом дуговой промежуток и жидкий металл изолированы от контакта с воздухом шлаковой оболочкой, засыпанной сверху слоем флюса значительной толщины ( Рис. 190, б ).
Рис. 190. Схемы процессов сварки: а — ручной: 1 — свариваемый металл; 2 — газовая защита; 3 — сварочная дуга; 4 — электрод; 5 — покрытие; 6 — капля; 7 — жидкий шлак; 8 — ванна; б — автоматической металл; 2 — присадочная проволока; 3 — сварочная дуга; 4 — флюс; 5 — ванна; 6 — жидкий флюс.
В сварочной ванне при сварке электродами с качественным покрытием или под флюсом протекают весьма сложные металлургические процессы. Специфичными условиями их протекания являются: малый объем ванны и большая скорость ее охлаждения; а также высокая температура на поверхности ванны.Способы дуговой сварки в среде защитных газов классифицируются в зависимости от состава газа, типа электродов и степени механизации.
По двум последним признакам дуговая сварка в среде защитных газов разделяется на ручную и механизированную сварку неплавящимся вольфрамовым электродом и полуавтоматическую и автоматическую плавящимся электродом. При ручной сварке неплавящимся электродом подача присадочной проволоки и движение горелки производятся сварщиком; при механизированной сварке неплавящимся электродом присадочная проволока подается механически, а движение горелки выполняется сварщиком; при автоматической сварке плавящимся электродом подача электродной проволоки и движение горелки осуществляются механически.
Дуговая сварка - метод Славянова
В период с 1860-х гг. до революции набирала силы гидро и электроэнергетика, постепенно расширялось применение электрического привода в промышленности России. Несколько медленнее передовая технология и техника внедрялась в металлургическую промышленность. Подъем транспортного строительства начался в России в 70-х гг., и через два десятка лет русская промышленность владела передовой технологией производства паровозов, вагонов.
Но самое главное то, что сварочная ванна была защищена слоем шлака — расплавленного металлургического флика. Швы накладывали отдельными участками, а для того, чтобы шлак и расплавленный металл не растекались, зону сварки ограничивали барьером из формовочной земли.
Славянов разработал специальный сварочный генератор на 1000 А, заменивший аккумуляторную батарею Бенардоса.
К концу 1880-к годов в европейских странах и США быстрым темпами продолжают развиваться машиностроение, судостроение, энергетика. Постоянно растет масса стальных отливок. Все дороже обходится брак: трещины, раковины, поры. Пропадает работа, идут на переплав массивные изделия. Эта происходит повсюду, в том числе и в Перми, и Славянов начинает применять свой новый способ для исправления дефектов литья, ремонта деталей паровозов, паровых машин, зубчатых колес, артиллерийских орудий.
В октябре 1888 года на Мотовилихинском заводе в Перми Славянов демонстрировал свой способ сварки группе металлургов и электротехников из Петербурга. В 1890 голу и подал заявку, а 13 августа 1891 года получил русскую привилегию на изобретенный им метод электрической отливки металлов. Привилегия №8748 была видана на способ и аппараты для электрической отливок металлов, на основе которого также, как и в способе электрогефеста лежала электрическая дуга.
Только за три с половиной года на Мотовилихинском заводе было выполнено более 1600 работ по сварке и наплавке ответственных изделий.
Изобретение Славянова «электрическая отливка металлов» имело ряд сходных черт с изобретением Бенардоса электрогефеста, но при более тщательном анализе основных элементов технологии и применяемой при этом аппаратуры можно было установить ряд существенных отличий обоих изобретений.
В начале 90-к гг. возник спор, можно ли считать электрическую 54 отливку металлов самостоятельным изобретением. В статьях, помещенных в технических и журналах, докладах, прочитатанных на заседании технических обществ, Славянов приводил аргументы подтверждение самостоятельности оригинальности предложенного им метода электрической отливки металла. Некоторые ученые физики разделяли его точку зрения. Так, П. К. Худяков, который для детального ознакомления с изобретением Славянова посетил в 1891 году Пермские заводы, также считал электроотливку «не варкой и не спайкой, а совершенным слитием»,отказываясь от термина «сварка» для метода соединения, при котором металл соединяемых элементов и электрода доводился до жидкого состояния.
В 1891 голу Н. Г. Славянов запатентовал свое изобретение во Франции, Германии, Великобритании, Австро-Венгрии, Бельгии, а в 1897 голу — в США.
Другая российская привилегия, выданная в 1891 голу горному инженеру, надворному советнику Славянову, закрепила за ним приоритет в одном из важнейших научных направлений металлургии — электрической подпитке слитков. В принципе это было электрическое уплотнение металлических отливок, только примененное для устранения дефектов, считавшихся у металлургов непреодолимыми.
Открытие выставки: Способ Славянова
Ровно месяц назад, 18 сентября 2018 года в Доме-музее Н.Г. Славянова открылась уникальная выставка, приуроченная к 130-летию изобретения сварки металлическим плавящимся электродом. Выставка «Способ Славянова» - совместный проект Пермского краеведческого музея и музейного комплекса СПбПУ Петра Великого. Второй раз за всю историю на выставке состоялась «встреча» двух знаменитых «стаканов» Славянова, созданных из различных металлов и сплавов.
До официального открытия мероприятия у гостей и журналистов была возмождность осмотреть оба экспоната и пообщаться с авторами выставки.
Интервью дает Ольга Валентиновна Спиркова - заведующая выставочным сектором, руководитель культурно-просветительского центра "Марата 64" Музейного комплекса СПбПУ Петра Великого, куратор проекта "Мир одного экспоната" и соответствующих выставок
Пока журналисты брали интервью у авторов выставки, в залах музея проходила экскурсия для кадетского класса
Официальная церемония открытия выставки
Светлана Геннальевна Неганова - заведующая отделом истории Пермского краеведческого музея рассказывает удивительную историю о том, что наши стаканы все-таки один раз встречались. И было это в 1900 году на Всемирной выставке в Париже.
На выставке «Способ Славянова» помимо легендарных «стаканов» были представлены скульптурные этюды керамиста Веры Светловой, а также видео-звуковая композиция от видеохудожника Юрия Элика и художника по звуку Игоря Поцукайло. Композиция представляла собой аллегории восьми металлов «стакана Славянова».
Роман Андреевич Панов, заведующий музея истории и техники СПбПУ Петра Великого расказывает историю санкт-петербургского стакана. Первый «стакан» в 1892 г. демонстрировался на IV электрической выставке в Петербурге, сейчас он хранится в историко-техническом музее Санкт-Петербургского политехнического университета. Второй «стакан» и поныне можно увидеть в экспозиции Дома-музея Н.Г. Славянова. В 1893 году он был представлен на Всемирной электротехнической выставке в Чикаго.
Именно этот многогранник весом 5 килограммов 330 граммов, высотою 210 миллиметров принес русскому инженеру заслуженную мировую славу. Изобретение оригинального и эффективного процесса сварки по методу Н.Г.Славянова было удостоено патента, а демонстрационные образцы («стаканы») - медалей и почетных дипломов выставок.
В конце XIX века в мировом инженерном сообществе бытовало мнение о том, что невозможно соединять в единый сплав различные металлы в силу их разных физических и химических свойств. Славянов опроверг это мнение, создав два металлических «стакана» «сваренных» из восьми металлов и сплавов: колокольной бронзы, томпака, никеля, стали, чугуна, меди, нейзильбера, бронзы.
Заместитель министра культуры Пермского края Ильюхина Марина Валерьевна с куратором проекта Ольгой Валентиновной Спирковой осматривают стаканы Славянова
Заместитель министра культуры Пермского края Ильюхина Марина Валерьевна, Директор Пермского краеведческого музея Ольга Сергеевна Юдина и куратор проекта Ольга Валентиновна Спиркова обсуждают историческую фотографию со Всемироной выставки в Париже 1900 года
Вот это историческое фото из фондов Пермского краеведческого музея
Если приглядеться, то на столе между снарядами можно рассмотреть два стакана. Честно скажу, с первого раза мы их не увидели. А кто-нибудь может определить снаряды?
Вручение памятных подарков питерским коллегам
Ответное слово держит Роман Андреевич Панов, заведующий музея истории и техники СПбПУ Петра Великого
Гости и принимающая строна у витрины с мемориальными стаканами Славянова
В кулуарах музея
Еще пару слов в заключении для телевидения
Репортажи о событии на телевидении:
1. ГТРК "Пермь"
2. Смотреть с 2:25
3. Рифей
4. УралИнформ ТВ
Читайте также: